丁宏杰 曹光輝
(南通港口集團(tuán)有限公司 江海港務(wù)分公司,江蘇 南通 226000)
南通港口集團(tuán)有限公司江海港務(wù)分公司的兩臺(tái)2 100t/h抓斗卸船機(jī)是由上海振華港機(jī)設(shè)計(jì)安裝的。主起升機(jī)構(gòu)包括兩套機(jī)械裝置(支持和開(kāi)閉),每套裝置有兩個(gè)西門(mén)子690V 380KW交流變頻電機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置由兩套西門(mén)子AFE可回饋驅(qū)動(dòng)裝置組成。每套裝置由一個(gè)整流單元、兩個(gè)逆變器組成。一套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一套起升裝置(支持或開(kāi)閉)。整流和逆變都是6脈沖4象限的數(shù)字式驅(qū)動(dòng)裝置。PLC為西門(mén)子的S7-400系列,利用PROFIBUS總線(xiàn)連接支持和開(kāi)閉斗驅(qū)動(dòng)裝置。
每套裝置的兩個(gè)逆變器均為西門(mén)子6SE7041系列的1000KW裝機(jī)裝柜型雙閉環(huán)矢量控制逆變器。其中IGBT型號(hào)為:eupec_FZ1000R16KF4。驅(qū)動(dòng)方式為主/從跟隨控制,支持1和開(kāi)閉 1裝置為主 (MASTER),支持 2和開(kāi)閉 2裝置為從(SLAVE)。同時(shí),在做起升運(yùn)動(dòng)時(shí),兩套驅(qū)動(dòng)裝置之間也是主/從跟隨控制,以支持驅(qū)動(dòng)裝置為主,開(kāi)閉以驅(qū)動(dòng)裝置為從,接收支持驅(qū)動(dòng)裝置的給定命令。
司機(jī)室控制合能正常合上,小車(chē)可以動(dòng)作,但司機(jī)操作下降時(shí),4臺(tái)支持開(kāi)閉逆變器同時(shí)報(bào)故障,其中3臺(tái)報(bào)F12故障,一臺(tái)報(bào)F26故障,下降無(wú)動(dòng)作。
考慮到其中3臺(tái)報(bào)F12故障,只有支持2逆變器報(bào)F26故障,因此重點(diǎn)放在報(bào)F26故障的逆變器上(懷疑其他三臺(tái)是由于這臺(tái)影響而報(bào)的假故障)。
查手冊(cè)得知:
F12:在異步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁期間,電流未升至空載工作設(shè)定的勵(lì)磁電流的12.5%。
F26:在L2相存在UCE關(guān)機(jī)或UCE下部開(kāi)關(guān) (增強(qiáng)書(shū)本型),檢查:在L2相有無(wú)短路或接地故障、CU板是否正確插入、SAFE STOP開(kāi)關(guān)(X9/5-6)是否打開(kāi)。
根據(jù)F26故障提示,做如下檢查:
2.1 排除電路外圍的故障,用萬(wàn)用表檢查去電機(jī)的線(xiàn)路有無(wú)短路或接地的現(xiàn)象(初步),電機(jī)相間直流電阻是否均衡,檢查結(jié)果完好。注意,如果用兆歐表測(cè)量電機(jī)對(duì)地絕緣,應(yīng)將電機(jī)線(xiàn)解開(kāi),以防對(duì)IGBT及相關(guān)器件造成損壞。
2.2 檢查去觸發(fā)板的光纖是否接觸可靠,觸發(fā)板的檢測(cè)光纖是否有光(根據(jù)提示,檢查第二相,對(duì)應(yīng)的觸發(fā)板是第二塊,光纖編號(hào)為21、22、23,其中插在黑色光偶上的光纖應(yīng)該有光),觸發(fā)板初步判斷正常。檢查觸發(fā)板的原因主要是考慮到可能由于觸發(fā)原因引起主回路中誤觸發(fā)而讓逆變器檢測(cè)回路誤認(rèn)為有接地或短路。
2.3 檢查主回路的檢測(cè)回路,檢測(cè)回路主要是由交流側(cè)的電流互感器加一塊量化板組成,量化板在主板的下方,量化板上有塊ABO板形狀類(lèi)似電腦的內(nèi)存,主要元器件是電阻。檢查辦法是將量化板拆下和其他逆變器對(duì)調(diào)。檢查結(jié)果正常。
2.4 檢查IGBT,考慮到IGBT短路也會(huì)引起這個(gè)故障。初步檢查,司機(jī)室控制合上后,用萬(wàn)用表的交流700V以上量程檢查,測(cè)量逆變器交流側(cè)對(duì)地電壓,正常為幾十伏,檢查結(jié)果交流對(duì)地電壓達(dá)到240伏左右,改用直流700伏以上量程測(cè)量,逆變器交流側(cè)直流電壓為470伏左右,正常為幾十伏。故初步判斷有IGBT有擊穿(短路)的情況。逆變器斷電(控制斷、該臺(tái)逆變器的控制電源開(kāi)關(guān)斷),改用萬(wàn)用表的二極管檔測(cè)量,一根表棒接在一根直流母排上,一根接在逆變器的交流側(cè)(如果電機(jī)線(xiàn)已經(jīng)解開(kāi),則三項(xiàng)依次量過(guò)去),正常情況是0.3V左右,兩根表棒對(duì)調(diào),正常情況是0.23V左右。換一根直流母排,做同樣的檢查。如果有IGBT擊穿,萬(wàn)用表會(huì)有蜂鳴聲,或顯示接近于零點(diǎn)零幾伏。
根據(jù)檢查結(jié)果,可以判定有IGBT損壞,結(jié)合故障是F26,說(shuō)明是L2相中有IGBT損壞(如果報(bào)F25,對(duì)應(yīng)于L1相;F27,對(duì)應(yīng)于L3相)。更換IGBT需要將逆變器的主電路部分全部拆除,先拆最外面的電容組 (L1相對(duì)應(yīng)于最上面的一組電容,L2相對(duì)應(yīng)于中間的組),將固定的螺絲拆下,拔出插在電容組上的接線(xiàn),將電容組整體拆除。接下來(lái)拆除SMU、SML板,拆時(shí)應(yīng)注意安裝方式,這兩塊板極為相似,但耐壓不同不能搞混,在接下來(lái)拆一塊背板(較容易,就幾個(gè)固定螺絲,背板主要是和直流母排和交流側(cè)相連的銅排),拆完后就看到觸發(fā)板和IGBT了,先拆出觸發(fā)板上的光纖和電源接線(xiàn),注意光纖和電源接線(xiàn)的順序,不能搞混,然后拆觸發(fā)板和IGBT相連的固定螺絲。拆完后開(kāi)始判斷是哪個(gè)IGBT損壞。紅表棒于IGBT上的E端,黑表棒接在C端,用二極管檔量,正常在0.3V左右,反向截止。根據(jù)檢查結(jié)果更換損壞的IGBT。安裝IGBT時(shí),要在IGBT的背面涂上導(dǎo)熱硅膠,以保證良好的導(dǎo)熱。其他部件的安裝與拆時(shí)相反。
在更換IGBT的同時(shí)應(yīng)該還要檢查SMU和SML板以及觸發(fā)板是否損壞。有時(shí)候IGBT的損壞會(huì)造成SMU或SML板的損壞,觸發(fā)板的損壞也會(huì)造成IGBT的損壞。
4.1 IGBT損壞一般是由外部短路或輸出接地等外部原因造成的,但從這次情況來(lái)看,更換IGBT后系統(tǒng)就能正常工作,故可以排除是由外部原因造成的。
4.2 逆變器選型偏小,系統(tǒng)正常工作幾年以來(lái),如果是選型問(wèn)題,應(yīng)該早就能暴露,故可以排除該原因。
4.3 過(guò)溫,IGBT對(duì)溫度的要求比較高,一般工作溫度不超過(guò)60℃,溫度的升高會(huì)引起IGBT耐壓和載流量的急劇下降。該逆變器故障時(shí),通風(fēng)良好,且溫控開(kāi)關(guān)可靠,逆變器拆開(kāi)時(shí),柜內(nèi)灰塵極少,IGBT背面的導(dǎo)熱硅膠未硬化,故可以排除是由于散熱不良而導(dǎo)致IGBT溫升過(guò)高的原因。
4.4 觸發(fā)板的損壞也會(huì)造成IGBT的損壞,但更換IGBT后逆變器能正常工作,可以排除觸發(fā)板的原因。由于對(duì)觸發(fā)板我們沒(méi)有有效的檢測(cè)手段,故一般在更換IGBT的同時(shí)也要更換觸發(fā)板,這次未更換是有風(fēng)險(xiǎn)的。
4.5 過(guò)電壓造成IGBT的損壞,系統(tǒng)是掛在直流母排上的,正常情況下如果是由于直流母排過(guò)壓,其他的IGBT應(yīng)該也會(huì)出現(xiàn)損壞。但這次損壞是在調(diào)清倉(cāng)設(shè)備到達(dá)最上端停止時(shí)出現(xiàn)的,故不能排除在能量反饋時(shí),直流母排有瞬間過(guò)壓的可能,但只損壞這一只IGBT,可能還是和這只IGBT本身老化而導(dǎo)致耐壓下降有關(guān),這是這次故障懷疑的重點(diǎn)。
4.6 過(guò)流。電機(jī)在正常工作時(shí)電流在額定范圍內(nèi),但電機(jī)的零速勵(lì)磁電流較大(這次沒(méi)有實(shí)際測(cè)量),如果勵(lì)磁電流較大而造成IGBT性能下降,不能及時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷也會(huì)造成IGBT的損壞。這是這次故障所要懷疑的次要原因。
IGBT模塊是6SE70系列產(chǎn)品中的逆變器、制動(dòng)單元、AFE變流器。與OCP保護(hù)器所使用的主要功率器件?;旧隙疾捎眉闪藰虮劾m(xù)流二極管的模塊式封裝。IGBT是集雙極型晶體管與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自?xún)?yōu)點(diǎn)與一身的新型器件。IGBT的過(guò)流能力一般小于同容量的BJT,后者允許4倍的額定值,且時(shí)間小于等于50微秒,而IGBT只能是2倍的額定值,時(shí)間小于等于20微秒。因此在線(xiàn)路上的快速熔斷器一類(lèi)的保護(hù)是不能保護(hù)IGBT的,需要借助于系統(tǒng)方面軟、硬件結(jié)合的保護(hù)功能。IGBT在C、E端已加有高壓的情況下,不允許G、E端開(kāi)路,不然會(huì)損壞器件。在日常中,G、E兩級(jí)要可靠的短路,防止靜電損壞器件。在更換IGBT時(shí)禁止用手觸摸G端。
SMU與SML緩沖電路是IGBT的吸收回路,每個(gè)橋臂的每個(gè)IGBT元件均有一塊。緩沖電路用以控制關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管,恢復(fù)浪涌電壓,有時(shí)也被設(shè)計(jì)用于減少I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)損耗。
[1]西門(mén)子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制.裝機(jī)裝柜逆變器(DC-AC)使用說(shuō)明書(shū).版本:AC 6SE7085-OKN60.
[2]上海振華港口機(jī)械(集團(tuán))有限公司2100t/h抓斗卸船機(jī)使用手冊(cè)、電氣原理圖.